DE2255317C3 - Temperaturregler für Elektrowärmegeräte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft, einen Temperaturregler für Elektrowärmegeräte nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

Ein Temperaturregler nach dem Oberbegriff ist aus der DE-PS 12 58 990 bekanntgeworden. Dort ist Steuerbeheizung unmittelbar an den Zweipunkt-Temperaturfühler angeschlossen.

Aus der DE-AS 16 15.231 ist ein Energiesteuergerät bekannt, das auf seinem Bimetall eine mit dem Verbraucher abschaltbare Steuerbeheizung und außerdem eine Zusatzbeheizung besitzt, die von einem Kontaktgeber bei Überschreiten der Begtenzungjtemperatur eingeschaltet wird.

Durch die DE-OS 15 65 034 ist auc. ein Energiesteuergerät bekannt, bei dem ein Kippverstärker einerseits in Abhängigkeit vom Soll/Ist-Vergleich eines Temperaturfühlers gesteuert und andererseits durch einen in Abhängigkeit von der Verbraucher-Spannung beheizten Geber getaktet wird.

Der Kippverstärker ist. so abgestimmt, daß der Verbraucher bis zum Erreichen der Solltemperatur mit voller Leistung aufgeheizt wird, und bei Erreichen der Solltemperatur die Verbraucherleistung derart getaktet wird, daß die Temperatur des Verbrauchers praktisch konstant gehalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Temperaturregler der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der ein ständiges Arbeiten des Elektrowärmegerätes im Bereich der vorgewählten Begrenzungstemperatur ermöglicht

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g, 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Temperaturreglers für Elektrowärmegeräte mit einer elektronischen Steuerschaltung zur Betätigung der Steuerbeheizung des Temperaturreglers und

F i g. 2 ein schematisches Schaltbild der Steuerschaltung.

In F i g. 1 ist eine Elektrokochplatte 29 mit einem Verbraucher 30 in Form eines Heizwiderstandes über ein Energiesteuergerät 24 an Netzanschlüsse 1,2 eines normalen Wechselstrom-Haushaltsnetzes gelegt. Das Energiesteuergerät 24 ist von üblicher Bauart und besitzt ein Steuerelement 28 mit einer zugehörigen Steuei'beheizung 3, die im folgenden auch als Last für eine Steuerschaltung 25 bezeichnet wird. Das Steuerelement kann in an sich bekannter Weise als Bimetall aufgebaut sein. Bei seiner Beheizung durch die Last 3 öffnet das Steuerelement 28 den über den Verbraucher 30 führenden Stromkreis, wobei gleichzeitig auch die Last 3 und ihre elektronische Steuerschaltung ausgeschaltet wird.

Die Steuerbeheizung 3 wird von der Steuerschaltung 25 gesteuert- wie im folgenden noch näher beschrieben wird. Ein Temperaturfühler 26, der von der Temperatur der Elektrokochplatte 29 beeinflußt wird, gibt seine

to Ausgangssignale über ein Begrenzer-Steuergerät 27 an die Steuerschaltung 25.

In F i g. 2 ist die Steuerschaltung 25 detailliert dargestellt Die Last 3 ist über einen ersten Thyristor 13 und einen zweiten Thyristor 16 an den Netzanschluß 2 gelegt der vorzugsweise der Null-Anschluß des Netzes ist Parallel zum Thyristor 16 ist über eine Diode 11 ein Kondensator 9 geschaltet Parallel zu diesem ist ein Kondensator 7 und eine Diode 8, die in Reihe geschaltet ist, gelegt Je ein Anschluß beider Kondenstoren 7, 9 sind über einen Widerstand 10 und eine Diode 4 an die Last 3 gelegt

Die Zündelektrode des Thyristors 13 ist über einen Widerstand 5 und eine Diode 6, die in Richtung zur Zündelektrode sperrt, an den Netzanschluß 2 gelegt Wird die Kathode des Thyristors negativ (über Diode 4 und Widerstand 10), s& fließt Zündstrom.

Parallel zum Thyristor 16 ist ferner über eine Diode 14 eine Zener-Diode 15 gesschaltet, die über einen Widerstand 18 mit dem Netzanschluß 2 verbunden ist Zwisehen Zener-Diode 15 und Widerstand 18 ist die Zündelektrode des Thyristors 16 angeschlossen. Parallel zu der Zener-Diode 15 und dem Widerstand 18 liegt ein Elektrolyt-Kondensator 17 als Pufferkondensator.
Ein Transistor 19 ist mit seinem Emitter an den Netzanschluß 2 und mit seinem Kollektor zwischen Kondensator 7 und Diode 8 angeschlossen. Die Basis des Transistors 19 ist an eine Schaltleitung 22 angeschlossen, die über einen Widerstand 20 mit dem Netzanschluß verbunden ist und im übrigen zu dem Begrenzer-Steuergerät 27 führt Zwischen dem Netzspannungsanschluß 2 und einem Anschluß 21, der zwischen der Diode 14 und der Zener-Diode 15 bzw. einem Pol des Elektrolyt-Kondenstors 17 angelegt ist, entsteht ein Klein-Gleichspannungs-Ausgangsanschluß. Der entsprechende Gegenpol zum Anschluß 21 ist mit 23 bezeichnet

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform arbeitet wie folgt:

Wenn Spannung an den Netzspannungsanschlüssen }, 2 liegt und die Elektrokochplatte eingeschaltet ist,

so wozu das Energiesteuergerät 24 mit einem Betätigungsorgan, beispielsweise einer Schraubspindel o. dgl. versehen sein kann, so fließt Strom über den Verbraucher 30 der Kochplatte 29, da das Steuerelement 28 den zugehörigen Schalter geschlossen hält, wenn seine Steuerbeheizung 3 kalt ist. Gleichzeitig wird jedoch auch die Steuerschaltung 25 an Spannung gelegt und in später noch zu erläuternder Weise wird die Steuerbeheizung 3 mit geringer Heizleistung betrieben. Diese geringe Heizleistung wird so lange aufrecht erhalten, wie der Temperaturfühler 26 eine Temperatur unter der an ihm oder an der Elektronik eingestellten Wert nicht überschreitet Dadurch wird das Steuerelement beheizt und öffnet den Stromkreis nach einer gewissen Zeit. Verbraucher 30 und Steuerbeheizung 3 werden stromlos.

Nach Abkühlung des Steuerelementes 28 schaltet der zugehörige Schalter wieder ein und der Zyklus beginnt von Neuem. Es handelt sich also um ein Energiesteuergerät, an dem beispielsweise durch Verstellung der Ge-

genkontakte bzw. Anschläge für das Steuerelement oder seinen Schalter die dem Verbraucher zugeführte Leistung durch Takten, d. h. zeitlich aufeinanderfolgende einzelne Leistungsimpulse zugeführt wird.

Wenn der Temperaturfühler 26 seine Schalttemperatur erreicht, dann gibt die elektronische Steuerschaltung 25 eine erhöhte Leistung an die Steuerbeheizung 3, so daß nunmehr ohne Änderung der manuellen Einstellung des Energiesteuergerätes das Verhältnis der Aussschaltzeiten zu den Einschaltzeiten erheblich größer wird und die dem Verbraucher zugeführte Leistung verringert wird Dsr Temperaturfühler 26 kann also über die Steuerschaltung das Energiesteuergerät zur Temperaturbegrenzung heranziehen.

Die Steuerschaltung nach F i g. 2 arbeitet wie folgt:

Wenn zwischen den Netzanschlußklemmen 1, 2, d. h. in F i g. 2 zwischen der Last 3 und dem Anschluß 2 Netzspannung liegt, so wird über die Diode 4 und den Widerstand 10 beim Durchgang einer negativen Halbwelle der Kondensator 9 negativ aufgeladen. Ober die Diode 6 und den Widerstand 5 fließt ZündEtrom durch den Thyristor 13 und zurück über die Diode 11. In der nächsten positiven Halbwelle der Netzspannung zündet der Thyristor 13, so daß nunmehr ein Arbeitsstrom durch die Last 3 fließen kann. Ober die Diode 11 wird der Kondensator 9 und der Kondensator 7 positiv aufgeladen und über die Diode 14 der Elektrolyt-Kondensator 17. Beim Erreichen der Durchbruchsspannung der Zener-Diode 15 wird diese leitend und zündet den Thyristor 16. Die Diode 11 und die Diode 14 sperren den Rückfluß der Energie der Kondensatoren.

Da der Thyristor 16 beim Erreichen der Durchbruchsspannung der Zener-Diode 15 die Zweige, an denen die Anschlüsse 21,23 liegen, kurzschließt, jedoch die Diode 14 eine Entladung des Elektrolyt-Kondenstors 17 verhindert, steht zwischen den Anschlüssen 21 und 23 eine Klein-Gleichspannung von beispielsweise 24 Volt bereit Sie wird stets am Beginn jeder positiven Halbwelle, in der der Thyristor zündet, aus der Netzspannung entnommen und der Elektrolyt-Kondensator 17 hält sie aufrecht Der Elektrolyt-Kondensator 17 wird entsprechend den Bedürfnissen so groß gewählt, daß die Spannung zwischen den Klemmen 21 und 23 keinen zu hohen Brummanteil enthält Diese Klein-Gleichspannung versorgt einerseits die z. T. in ihrer Funktion noch zu erläuternde Steuerschaltung als auch das Begrenzersteuergerät oder andere elektronische Bauelemente. Besonderer Vorteil ist es, daß die Klein-Gleichspannung in ihrer Spannungsgröße nur von der Durchbruchsspan_: nung der Zener-Diode abhängt und nicht von eventuellen Spannungsschwankungen der Netzspannung beeinflußt wird.

Wenn der Temperaturfühler 26 eine Temperatur oberhalb seines Ansprechpunktes aufweist, ist der Transistor 19 gesperrt und der Kondenstor 7 bleibt infolge der Diode 8 in der nächsten Halbwelle geladen, während der Kondensator 9 dabei entladen und wieder negativ aufgeladen wird. In der nächsten positiven Halbwelle zündet daher der Thyristor 13 erneut und der soeben beschriebene Zyklus wiederholt sich.

Wird der Transistor 19 jedoch, was eintritt, wenn die Temperatur am Temperaturfühler 26 unterhalb seines Ansprechpunktes liegt, durch ein Signal leitend, so wird der Kondensator 7 praktisch dem Kondensator 9 parallelgeschaltet Die sich nunmehr ergebende vergrößerte Zeitkonstante der beiden Kondensatoren verhindert im Zusammenhang mit dem Widerstand 10 das Umladen der Kondensatoren 7 und S innerhalb einer oder mehrerer negativer Halbwellen. Das bedeutet, daß der Thyristor 13 erst nach einer Pause von einer oder mehreren positiven Kalbwellen wieder zünden kann. Der Strorn durch die Last 3 wird also in einem durch die Bemessung der Kondensatoren 7 und 9 sowie durch den Widerstand 10 bestimmbaren ganzzahligen Tastverhältnis vermindert Die die Steuerbeheizung bildende Last 3 bekommt also ihren Heizstrom in sehr kurzen Leistungsimpulsen einerseits, indem sie jeweils die eine Halbwelle der

to Wechselspannungsperiode, also einen aussetzenden und pulsierenden Gleichstrom erhält, und andererseits, indem durch Unterdrückung einzelner Wechselspannungshalbwellen eine stufenweise Steuerung der Steuerbeheizung erfolgt

Wenn beispielsweise die Steuerbeheizung (Last 3) zum normalen Arbeiten unterhalb des Schaltpunktes des Temperaturfühlers 26 β Watt benötigt und die Leistung des Verbrauchers 30 beim Ansprechen des Temperaturfühlers 26 auf ein Drittel der eingestellten Leistung heruntergeschaltet werden soll, so kann beispielsweise die Last 3 für eine Leistung von 18 Watt bei 220VoIt Halbwellenbetrieb ausgelegt sein. Normalerweise, also unterhalb der Ansprechtemperatur, läßt jedoch die elektronische Begrenzung durch entsprerhende Bemessung der Kondensatoren und Widerstände nur jede drit'.-2 positive Halbwelle durch. Dadurch erhält die Steuerbeheizung nur 6 Watt, so daß die normale, am Regler eingestellte Leistung von beispielsweise 60% der Höchstleistung eingehalten wird. Beim Ansprechen des Temperaturfühlers schaltet auf die beschriebene Art und Weise die Steuerschaltung jede positive Halbwelle durch, so daß 18 Watt an der Last vorliegen und das Verhältnis von Einschaltdauer zu Ausschaltdauer nur noch ca. ein Drittel der eingestellten Einschaltdauer beträgt In dem erwähnten Beispiel würden also nur noch 20% der vollen Leistung durch den Verbraucher 30 fließen. Dadurch kann die Temperatur absinken, und nach Unterschreiten der vorgewählten Begrenzungstemperatur am Temperaturfühler 26 wird das alteTastvei hältnis wieder hergestellt

Es ist also zu erkennen, daß dadurch ein Energiesteuergerät mit Begrenzer geschaffen wird, der nicht nur eine Begrenzung für den Notall schafft, sondern der auch zu einer temperaturabhängigen Regelung einsetzbar ist. Vor allem wird aber der Verbraucher bei einer festgestellten Übertemperatur nicht sofort abgeschaltet sondern nur auf eine niedrigere Leistung gebracht. Dies ist insbesondere wichtig, wenn es sich bei dem zu überwachenden Gerät um eines handelt, das ständig im Bereich seiner maximalen Temperatur arbeitet. Würde dort bei einer Annäherung an die höchst zulässige Temperatur jedesmal eine völlige Abschaltung erfolgen, so wäre ein ordentliches Arbeiten nicht mehr möglich.
Zu oer Steuerschaltung ist noch zu bemerken, daß die An- und Abschaltung stets im Nulldurchgang der Wechselspannung erfolgt, so daß keine Funkstörufcgen auftreten.

Es sind auch zahlreiche Abwandlungen von der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform möglieh. So können statt der dargestellten Elektrokochplatte zahlreiche andere Elektrowärmegeräte geregelt werden, obwohl das bevorzugte Anwendungsgebiet bei der Regelung von wärmeempfindlichen Kochplatten, beispielsweise mit einer Glaskeramikabdeckung, liegt Statt der beschriebe! .en elektronischen Bauteile, beispielsweise der Thyristoren und Zener-Dioden, können andere gleich oder ähnlich wirkende Bauteile verwendet werden. Es ist auch zu erkennen, daß beispielsweise

durch Einschaltung mehrerer Schaltgruppen, die dem Kondensator 7, der Diode 8 und dem Transistor 19 entsprechen, noch weitere Tastverhältnisse eingestellt werden können. So könnte beispielsweise die Last 3 durch einen oder mehrere Temperaturfühler so gesteuert werden, daß beispielsweise im Normalbetrieb dem Kondensator 9 zwei weitere Kondensatoren parallelgeschaltet sind, die dann beim Überschreiten einer ersten und zweiten vorgewählten Temperaturstufe am Temperaturfühler nacheinander abgeschaltet werden, so daß sich das Tastverhältnis zweimal ändert.

Hierzu 2 Eilatt Zeichnungen

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Temperaturregler für Elektrowännegeräte mit einem taktenden Energiesteuergerät, dessen von der Netzspannung gespeiste Steuerbeheizung von einem Zweipunkt-Temperaturfühler gesteuert ist, gekennzeichnet durch eine zwischen dem Temperaturfühler und der Steuerbeheizung (3) angeordnete elektronische Steuerschaltung (25), durch die der Steuerbeheizung (3) bei Überschreiten der Begrenzungstemperauur Netzspannung zugeführt und bei Unterschreiten der Begrenzungstemperatur eine stufenweise Steuerung der Steuerbeheizung (3) durch Unterdrückung einzelner Wechselspannungshalbwellen bewirkt wird.